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UPS电源系统的可用性设计
[发布时间]:2010年11月2日 [来源]:电源门户网 [点击率]:6732
【导读】: 山特电子(深圳)有限公司全亚斌(著)摘要本文从UPS电源系统的可用性概念出发,对UPS内部的设计,UPS系统的配置以及相关配电结构进行分析,给出了UPS系统提升可用性的方法。前言UPS电源是工业领...

        而作为对比,一个相应的交流应用结构见下图。

  可以看出,理想的直流UPS系统由于把交流系统中UPS的逆变环节与服务器电源中的PFC环节使用一个隔离型DC/DC环节来取代,从而可以改善效率。不过在直流UPS系统里面由于电池电压的变动范围是比较大的,为了取得更优化的效率曲线,在后级的服务器电源中也有可能使用两级结构。也就是通过一个简单的转换,减小服务器电源隔离DC/DC转换级的输入范围,以得到更好的节能效果。此时的结构见下图

  在这种直流UPS体系里面,不存在交流UPS中的旁路回路了,只存在一个市电到电池回路,这个回路也兼有充电器的作用。因此从单个UPS的可用靠性角度考虑,直流UPS可靠性链路只有两条,其中一条是两级变换加上辅助电源与控制板,另外一条是电池,见下图所示

  与交流UPS相比,直流UPS供电少了交流UPS的旁路回路,少了一个提升可用性的回路。但是电池是直接给负载供电的,可用性要高于交流UPS。因此在可用性的方面直流供电系统有得有失。但是另一个方面直流系统比交流UPS更容易进行并联,从而可以利用增加并联台数的方式增加可用性。

配电系统的可用性

  对于一般的UPS系统应用来说,存在两种常见的配置方式,一种是双机热备份,见下图所示

        在正常情况下由UPS1供电,如果UPS1的逆变/整流部分损坏,则仍然有UPS2可以供电。第二种配置方式是双机并联冗余,见下图所示

  这种配置方式下两台UPS是完全并联工作的。基于前面可用性的原理,第二种配置方式比第一种会有更高的可用性。

  这里就反映了可用性与可靠性的一个明显不同。对于两台并联冗余配置的UPS,由于器件多了一倍,那么出现故障的概率也会增高,因此从统计意义上来讲整个系统的MTBF会下降。但是由于其中一台出现故障之后仍然有一台在工作,只要出故障的UPS能够很快修复,负载就仍然处在有效的保护之中,可用性是提升的。从负载的角度衡量,评估系统的可用性比可靠性更加有意义。

  在可用性的定义中,电源系统恢复的时间越短,则可用性也会越好。因此把电源系统设计为模块化易更换的结构,可以大大减小维护时间,从而使得可用性显著改善。

  对于机房应用的场合,双总线的概念应用十分广泛。对于关键的服务器负载,一般都提供两组电源输入。相应的,在配电部分就也可以对应采用两组独立的电源总线。结合UPS本身就支持双总线输入,实际上可以构造出很多种组合形式。对不同方式进行比较后,比较推荐的一种典型的结构见下图所示

  这里把两组独立市电都供给两套UPS系统,然后每一套UPS系统作为一条总线来使用,可以充分发挥市电双总线,UPS内部双总线以及负载双总线高可用性的优势。

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